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復(fù)旦大學(xué)，最新Nature Sustainability！

來(lái)源：時(shí)間：2024-04-01 14:44:02 瀏覽：1228次

第一作者：Qirui Liang

通訊作者：孔彪研究員

通訊單位：復(fù)旦大學(xué)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-024-01317-7.

研究背景

氫氣（H₂）生產(chǎn)嚴(yán)重依賴(lài)化石燃料，導(dǎo)致大量溫室氣體的排放，并對(duì)可持續(xù)性發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)。其中，電催化水分解具有生產(chǎn)靈活、環(huán)境友好和生產(chǎn)高純度H₂的能力，是一種很有前途的制氫技術(shù)。然而，該技術(shù)的耗電量仍然很高，大部分電力供應(yīng)依賴(lài)于廣泛燃燒化石燃料的火力發(fā)電。在可再生能源中，滲透能是一種可再生能源，其輸出具有可預(yù)測(cè)性和穩(wěn)定性，同時(shí)不產(chǎn)生廢棄物或CO₂排放，并且獨(dú)立于天氣條件運(yùn)行。海水和淡水界面的滲透能估計(jì)為0.8 kWh m^-3，全球總滲透能可達(dá)30太瓦。因此，滲透能是一種理想的可再生制氫能源?；诖?，復(fù)旦大學(xué)孔彪研究員等人報(bào)道了利用海水和淡水之間的滲透能直接產(chǎn)生H₂，該研究為利用可再生資源制氫提供了一條可行的途徑。

文章要點(diǎn)

1、在本文中，作者設(shè)計(jì)了一種由高性能離子交換膜和電催化電極串聯(lián)而成的滲透動(dòng)力制氫裝置。滲透動(dòng)力港口位于河口發(fā)電，而制氫放置在堿性電解質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效的制氫。需注意，該設(shè)備消除了對(duì)笨重的儲(chǔ)電單元的需求，簡(jiǎn)化了通過(guò)滲透能生產(chǎn)氫氣的過(guò)程，同時(shí)確保了安全性和穩(wěn)定性。

2、當(dāng)暴露在海水/淡水梯度下時(shí)，單離子交換膜通過(guò)滲透能量收集在室溫下的峰值輸出功率為28.3 W m^-2，超過(guò)工業(yè)基準(zhǔn)（5 W m^-2）近6倍。在50 mV過(guò)電位下，電催化電極的質(zhì)量活性為1.24 A mg^-1_Pd，是市面上同類(lèi)產(chǎn)品的51倍。經(jīng)過(guò)測(cè)試的微型集成裝置證實(shí)，在最佳實(shí)驗(yàn)室條件下，它能夠以超過(guò)300 l m^-2 h^-1的速率持續(xù)產(chǎn)氫超過(guò)12天。本工作為利用可再生滲透能源生產(chǎn)H₂開(kāi)辟了一條新途徑，并可能為碳中和的未來(lái)做出貢獻(xiàn)。

圖文展示

圖1.滲透發(fā)電一體化裝置的超級(jí)組裝

圖2.雜化膜和電極的表征

圖3.雜化膜的離子傳輸和滲透能轉(zhuǎn)換

圖4.混合電極和集成器件的性能

圖5.離子傳輸機(jī)制、Pd原子組裝的調(diào)節(jié)和集成器件的運(yùn)行

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